DE102012009219B4 - Battery module, electrical energy system in a motor vehicle and method for operating a battery module - Google Patents
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Abstract
Batteriemodul (2, 3), umfassend mindestens zwei in Reihe geschaltete Batteriezellen (BZ1-BZX) und einen DC/DC-Wandler (7), wobei der DC/DC-Wandler (7) einen ersten Eingangsanschluss (E1) und einen zweiten Eingangsanschluss (E2) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassdem ersten Eingangsanschluss (E1) ein erstes Umschaltelement (U1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) ein zweites Umschaltelement (U2) zugeordnet ist, wobei die Umschaltelemente (U1, U2) jeweils einen Ausgang aufweisen, der fest mit dem zugeordneten Eingangsanschluss (E1, E2) des DC/DC-Wandlers (7) verbunden ist sowie jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten Eingang (U11, U12; U21, U22) aufweist, die wahlweise auf den Ausgang des Umschalters (U1, U2) durchschaltbar sind, wobei an den Polanschlüssen der Batteriezellen (BZ1, BZX) jeweils ein Schaltelement (S1-SX+1) angeordnet ist, wobei der Pluspol einer ersten Batteriezelle (BZ1) über das Schaltelement (S1) an den ersten Eingang (U11) des ersten Umschaltelements (U1) und den zweiten Eingang (U22) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist und der Minuspol der Batteriezelle (BZ1) über das Schaltelement (S2) an den zweiten Eingang (U12) des ersten Umschaltelements (U1) und den ersten Eingang (U21) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist,wobei der Pluspol einer benachbarten zweiten Batteriezelle (BZ2) über das Schaltelement , (S2) an den zweiten Eingang (U12) des ersten Umschaltelements (U1) und den ersten Eingang (U21) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist und der Minuspol über das Schaltelement (S3) an den ersten Eingang (U11) des ersten Umschaltelements (U1) und den zweiten Eingang (U22) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist.Battery module (2, 3), comprising at least two battery cells (BZ1-BZX) connected in series and a DC/DC converter (7), the DC/DC converter (7) having a first input connection (E1) and a second input connection (E2), characterized in that the first input connection (E1) is assigned a first switching element (U1) and the second input connection (E2) is assigned a second switching element (U2), the switching elements (U1, U2) each having an output which is permanently connected to the assigned input connection (E1, E2) of the DC/DC converter (7) and has at least one first and one second input (U11, U12; U21, U22) which can be optionally connected to the output of the changeover switch (U1 , U2) can be switched through, with a respective switching element (S1-SX+1) being arranged on the pole connections of the battery cells (BZ1, BZX), with the positive pole of a first battery cell (BZ1) being connected to the first input ( U11) of the first switching element (U 1) and the second input (U22) of the second switching element (U2) and the negative pole of the battery cell (BZ1) via the switching element (S2) to the second input (U12) of the first switching element (U1) and the first input (U21 ) of the second switching element (U2), the positive pole of an adjacent second battery cell (BZ2) being connected via the switching element , (S2) to the second input (U12) of the first switching element (U1) and the first input (U21) of the second switching element (U2) is connected and the negative pole is connected via the switching element (S3) to the first input (U11) of the first switching element (U1) and the second input (U22) of the second switching element (U2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, ein elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriemodul sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls.The invention relates to a battery module, an electrical energy system in a motor vehicle with such a battery module, and a method for operating a battery module.
Elektro- oder Hybridfahrzeuge umfassen eine Hochvoltbatterie zur elektrischen Energieversorgung einer Elektroniaschine. Diese Hochvöltbatterien werden üblicherweise durch Reihenschaltungen von Batteriezellen gebildet, um das notwendige Spannungsniveau zur Verfügung zu stellen.. Eine solche Reihenschaltung stellt ein Batteriemodul dar. Zusätzlich können weitere Batteriemodule parallel und/oder in Relhe geschaltet werden, was aber nachfolgend nicht weiter vertieft werden soll. Die Batteriezellen sind beispielsweise Li-Ionen-Batteriezellen oder auch Doppelschichtkondensatoren. Diese Batteriezellen müssen einerseits geladen werden und dürfen andererseits nicht zu stark in ihren Spannungsniveaus variieren.Electric or hybrid vehicles include a high-voltage battery for supplying electrical energy to an electronic machine. These high-voltage batteries are usually formed by battery cells being connected in series in order to provide the necessary voltage level. The battery cells are, for example, Li-ion battery cells or double-layer capacitors. On the one hand, these battery cells must be charged and, on the other hand, their voltage levels must not vary too much.
Aus der
Aus der
Nachteilig an den bekannten Ausgleichs- oder Balancing Schaltungsstrukturen ist derer großer Bauteileaufwand, der diese teuer und fehleranfällig macht.A disadvantage of the known compensating or balancing circuit structures is their large component complexity, which makes them expensive and error-prone.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein im Aufbau vereinfachtes Batteriemodul sowie ein elektrisches Energiesystem mit einem solchen Batteriemodul zu schaffen und ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the technical problem of creating a battery module with a simplified design and an electrical energy system with such a battery module and of making available a method for operating a battery module.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 6, 7, 8, 9 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by the objects with the features of
Das Batteriemodul umfasst mindestens zwei in Relhe geschaltete Batteriezellen und einen DC/DC-Wandler, wobei der DC/DC-Wandler einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss aufweist, wobei dem ersten Eingangsanschluss ein erstes Umschaltelement und dem zweiten Eingangsanschluss ein zweites Umschaltelement zugeordnet ist, wobei die Umschaltelemente jeweilseinen Ausgang aufweisen, der fest mit dem zugeordneten Eingangsanschluss des DC/DC-Wandlers verbunden ist sowie jeweils mindestens einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang aufweisen, die wahlweise auf den Ausgang des Umschalters durchschaltbar sind, wobei an den Polanschlüssen der Batteriezellen jeweils ein Schaltelement angeordnet ist, wobei der Pluspol einer ersten Batteriezelle über das Schaltelement an den ersten Eingang des ersten Umschaltelements und den zweiten Eingang des zweiten Umschaltelements geschaltet ist und der Minuspol der Batteriezelle über das Schaltelement an den zweiten Eingang des ersten Umschaltelements und den ersten Eingang des zweiten Umschaltelements geschaltet ist, wobei der Pluspol einer benachbarten zweiten Batteriezelle über das Schaltelement an den zweiten Eingang des ersten Umschaltelements und den ersten Eingang des zweiten Umschaltelements geschaltet ist und der Minuspol über das Schaltelement an den ersten Eingang des ersten Umschaltelements und den zweiten Eingang des zweiten Umschaltelement geschaltet ist. Dabei ist das Schaltelement für den Minuspol der ersten Batteriezelle gleichzeitig das Schaltelemente für den Pluspol der zweiten Batteriezelle. Entsprechend teilen sich zwei benachbarte Batteriezellen jeweils ein gemeinsames Schaltelement. Entsprechend wird eine dritte Batteriezelle wieder wie die erste Batteriezelle verschaltet. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau erfolgt das Balancing für alle Batteriezellen über einen einzigen DC/DC-Wandler, wobei neben dem DC/DC-Wandler nur n+1 Schaltelemente für n Batteriezellen sowie die beiden Umschaltelemente benötigt werden. Die Richtung des Energietransports, d.h. ob Energie der einzelnen Batteriezelle entnommen oder zugeführt wird, wird dabei einfach durch die Umschaltelemente eingestellt. Die Schaltelemente sind dabei vorzugsweise als Transistoren ausgebildet. Die Umschaltelemente stellen jeweils einen Multiplexer dar und können beispielsweise mittels Relais oder Transistoren gebildet werden.The battery module comprises at least two battery cells connected in series and a DC/DC converter, the DC/DC converter having a first input connection and a second input connection, a first switching element being assigned to the first input connection and a second switching element being assigned to the second input connection, wherein the switching elements each have an output which is permanently connected to the assigned input connection of the DC/DC converter and each have at least a first input and a second input which can be selectively switched through to the output of the changeover switch, wherein at the pole connections of the battery cells in each case a switching element is arranged, the positive pole of a first battery cell being connected via the switching element to the first input of the first switching element and the second input of the second switching element, and the negative pole of the battery cell being connected via the switching element to the second input of the first Switching element and the first input of the second switching element is connected, the positive pole of an adjacent second Bat tery cell is connected via the switching element to the second input of the first switching element and the first input of the second switching element and the negative pole is connected via the switching element to the first input of the first switching element and the second input of the second switching element. The switching element for the negative pole of the first battery cell is at the same time the switching element for the positive pole of the second battery cell. Correspondingly, two adjacent battery cells each share a common switching element. Accordingly, a third battery cell is again connected like the first battery cell. Due to the construction according to the invention, the balancing for all battery cells takes place via a single DC/DC converter, with only n+1 switching elements for n battery cells and the two switching elements being required in addition to the DC/DC converter. The direction of the energy transport, ie whether energy is taken from or supplied to the individual battery cell, is simply set by the switching elements. The switching elements are preferably in the form of transistors. The switching elements each represent a multiplexer and can be formed, for example, by means of relays or transistors.
In einer Ausführungsform werden die Umschaltelemente jeweils auf den ersten Eingang oder auf den zweiten Eingang geschaltet, d.h. wenn der erste Eingang am ersten Umschaltelement durchgeschaltet ist, ist auch der erste Eingang des zweiten Umschaltelementes durchgeschaltet. Vorzugsweise werden dabei die Umschaltelemente synchron angesteuert.In one embodiment, the switching elements are each switched to the first input or to the second input, i.e. if the first input on the first switching element is switched through, the first input of the second switching element is also switched through. In this case, the switchover elements are preferably activated synchronously.
In einer weiteren Ausführungsform ist der DC/DC-Wandler als Inverswandler (Buck-Boost-Converter) ausgebildet. Der Inverswandler ist ein Hochsetz-/Tiefsetzsteller, dessen Ausgangsspannung invertiert ist. Der Vorteil dieses DC/DC-Wandlers ist, dass über dessen Induktivität ein Ladungsausgleich der Batteriezellen des Batteriemoduls sehr einfach möglich ist, ohne eine Ausgangsspannung zurückzutransformieren. Andererseits kann die Energie, die den Batteriezellen für das Balancing entnommen wurde, sehr einfach anderen Systemen zur Verfügung gestellt werden, wobei die Spannungsanpassung durch den Inverswandler erfolgt.In a further embodiment, the DC/DC converter is designed as an inverse converter (buck-boost converter). The inverse converter is a boost/buck converter whose output voltage is inverted. The advantage of this DC/DC converter is that its inductance makes it very easy to balance the charge of the battery cells in the battery module without transforming back an output voltage. On the other hand, the energy that was taken from the battery cells for balancing can be made available to other systems very easily, with the voltage being adjusted by the inverse converter.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriemodul mindestens ein Steuergerät, das die Steuersignale für die Schaltelemente, die Umschaltelemente und den DC/DC-Wandler erzeugt. Vorzugsweise ist dazu das Steuergerät mit Elementen zur Messung der Batteriezellerisparinung verbunden. Des Weiteren ist das Steuergerät vorzugsweise mit mindestens einem weiteren Steuergerät verbunden, das einen Energiebedarf mindestens einer weiteren Komponente, z.B. des elektrischen Bordnetzes, an das Steuergerät überträgt.In a further embodiment, the battery module includes at least one control unit that generates the control signals for the switching elements, the switching elements and the DC/DC converter. For this purpose, the control unit is preferably connected to elements for measuring the battery cell saving. Furthermore, the control unit is preferably connected to at least one other control unit, which transmits an energy requirement of at least one other component, e.g. the on-board electrical system, to the control unit.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Batteriemodul eine Überbrückungsschaltung auf, mittels derer die Ausgänge der Umschaltelemente direkt auf die Ausgänge des DC/DC-Wandlers schaltbar sind. Hierdurch kann bedarfsweise der DC/DC-Wandler überbrückt werden, beispielsweise weil das elektrische Bordnetz einen hohen Strom benötigt, den der DC/DC-Wandler nicht tragen kann. In diesem Fall wird dann eine oder eine ungerade Anzahl in Reihe geschalteter Batteriezellen direkt über die Umschaltelemente auf den Ausgang des DC/DC-Wandlers geschaltet.In a further embodiment, the battery module has a bridging circuit, by means of which the outputs of the switching elements can be switched directly to the outputs of the DC/DC converter. As a result, the DC/DC converter can be bypassed as required, for example because the on-board electrical system requires a high current which the DC/DC converter cannot carry. In this case, one battery cell or an odd number of battery cells connected in series is connected directly to the output of the DC/DC converter via the switching elements.
Das elektrische Energiesystem in einem Kraftfahrzeug umfasst mindestens ein Batteriemodul, wobei der Ausgang des DC/DC-Wandlers mit einem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs und/oder einem anderen Batteriemodul verbunden ist.The electrical energy system in a motor vehicle comprises at least one battery module, with the output of the DC/DC converter being connected to an on-board electrical system of the motor vehicle and/or to another battery module.
Dabei kann das Batteriemodul zur Unterstützung des elektrischen Bordnetzes dienen und beispielsweise als redundante Spannungsversorgung dienen. Dabei sind verschiedene Verfahren möglich, die auch miteinander kombiniert werden können.The battery module can serve to support the on-board electrical system and, for example, serve as a redundant power supply. Various methods are possible, which can also be combined with one another.
In einer ersten Ausführungsform wird zum Balancing der Batteriezellen entnommene Energie dem elektrischen Bordnetz als redundante Energieversorgung zugeführt. Dies kann permanent erfolgen oder nur bedarfsweise. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, dass diese Energiezufuhr nur zur Ruhestromversorgung der Bordnetzverbraucher dient.In a first embodiment, energy drawn from the battery cells for balancing is supplied to the on-board electrical system as a redundant energy supply. This can be done permanently or only as needed. Furthermore, it can also be provided that this energy supply only serves to supply the on-board electrical system consumers with quiescent current.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei Abfall oder Ausfall der Energieversorgung des elektrischen Bordnetzes das elektrische Bordnetz aus den Batteriezellen über den DC/DC-Wandler versorgt. In diesem Fall wird den Batteriezellen mehr Energie entnommen als für das reine Balancing notwendig wäre.In a further embodiment, if the power supply to the on-board electrical system drops or fails, the on-board electrical system is supplied from the battery cells via the DC/DC converter. In this case, more energy is drawn from the battery cells than would be necessary for pure balancing.
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Balancieren der Batteriezellen eine zu entladende Batteriezelle mit dem DC/DC-Wandler verbunden, wobei die entnommene Energie in mindestens einer Induktivität des DC/DC-Wandlers gespeichert wird, anschließend die Batteriezelle vom DC/DC-Wandler getrennt und eine zu ladende Batteriezelle mit dem DC/DC-Wandler verbunden wird.In a further embodiment, to balance the battery cells, a battery cell to be discharged is connected to the DC/DC converter, with the energy drawn being stored in at least one inductance of the DC/DC converter, the battery cell then being separated from the DC/DC converter and a battery cell to be charged is connected to the DC/DC converter.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriemodul mindestens drei Batteriezellen, wobei eine ungerade Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen gleichzeitig mit den Umschaltelementen verbunden wird. Dieses Verfahren kann sowohl zum Balancieren als auch zum Versorgen anderer Komponenten, wie beispielsweise dem elektrischen Bordnetz, zur Anwendung kommen, wobei bedarfsweise bei Vorhandensein der Überbrückungsschaltung die Reihenschaltung direkt über die Umschaltelemente an den Ausgang des DC/DC-Wandlers geschaltet werden kann. Dies erlaubt ein schnelleres Balancieren bzw. einen schnelleren Energietransport zum elektrischen Bordnetz, da die Spannung weniger oder gar nicht hochtransformiert werden muss.In a further embodiment, the battery module comprises at least three battery cells, with an odd number of battery cells connected in series being connected to the switching elements at the same time. This procedure can Both for balancing and for supplying other components, such as the on-board electrical system, are used, with the series circuit being able to be connected directly to the output of the DC/DC converter via the switching elements if necessary if the bypass circuit is present. This allows faster balancing or faster energy transport to the on-board electrical system, since the voltage does not have to be stepped up as much or at all.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Energiesystems in einem Kraftfahrzeug.The invention is explained in more detail below using a preferred exemplary embodiment. The only figure shows a schematic block diagram of an electrical energy system in a motor vehicle.
Das elektrische Energiesystem 1 eines Kraftfahrzeuges umfasst ein erstes Batteriemodul 2, mindestens ein, weiteres Batteriemodul 3 sowie ein elektrisches Bordnetz 4. Das elektrische Bordnetz 4 umfasst eine Spannungsversorgung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Doppelschichtkondensator 5 ausgebildet ist. Die Spannungsversorgung kann aber auch aus ein oder mehreren Batteriezellen oder einer Batterie bestehen. Die Spannungsversorgung des elektrischen Bordnetzes 4 dient zur Energieversorgung von Bordnetzverbrauchern 6, wobei beispielhaft nur ein Bordnetzverbraucher 6 dargestellt ist. Die Bordnetzverbraucher 6 sind beispielsweise Steuergeräte und Beleuchtungseinrichtungen.The
Die beiden Batteriemodule 2, 3 sind gleich aufgebaut und miteinander in Reihe geschaltet und bilden eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs. Anhand des ersten Batteriemoduls 2 wird nun der genaue Aufbau näher erläutert.The two
Das Batteriemodul 2 umfasst X Batteriezellen BZ1-BZX, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Dabei ist jedem Pol der Batteriezellen BZ1-BZX ein Schaltelement S1-SX+1 zugeordnet. Dabei ist beispielsweise dem Pluspol der Batteriezelle BZ1 das Schaltelemente S1 zugeordnet. Dem Minuspol der Batteriezelle BZ1 sowie dem Pluspol der benachbarten Batteriezelle BZ2 ist das Schaltelement S2 zugeordnet. Schließlich ist dem Minuspol der Batteriezelle BZX das Schaltelement SX+1 zugeordnet. Des Weiteren umfasst das Batteriemodul 2 einen DC/DC-Wandler 7. Der DC/DC-Wandler 7' umfasst einen ersten Eingangsanschluss E1 und einen zweiten Eingangsanschluss E2. Weiter umfasst der DC/DC-Wandler 7 einen ersten Ausgangsanschluss A1 und einen zweiten Ausgangsanschluss A2. Weiter umfasst der DC/DC-Wandler 7 ein Schaltelement S, eine Induktivität L, eine Diode D und einen Kondensator C. Der Schalter S, die Induktivität L, die Diode D und der Kondensator C sind dabei als Inverswandler (Buck-Boost-Converter) verschaltet, wobei der Schalter S durch ein entsprechendes PWM-Signal angesteuert wird, um die Ausgangsspannung, hoch oder tief zu setzen.The
Weiter umfasst das Batteriemodul 2 ein erstes Umschaltelement U1 und ein zweites Umschaltelement U2. Dabei ist der Ausgang des ersten Umschaltelements U1 fest mit dem ersten Eingangsanschluss E1 des DC/DC-Wandlers 7 verbunden..Entsprechend ist der Ausgang des zweiten Umschaltelements U2 fest mit dem zweiten Eingangsanschluss E2 des DC/DC-Wandlers 7 verbunden. Das erste Umschaltelement U1 umfasst zwei Eingänge U11, U12 und das zweite Umschaltelement U2 umfasst zwei Eingänge U21, U22. Dabei wird wahlweise der jeweils erste Eingang U11, U21 auf die Eingangsanschlüsse E1, E2 durchgeschaltet oder der jeweils zweite Eingang U21, U22.The
Schließlich umfasst das Batteriemodul 2 noch ein Steuergerät 8, das die Schaltelemente S1-SX+1 der Batteriezellen BZ1-BZX, die Umschaltelemente U1, U2 und den Schalter S des DC/DC-Wandlers 7 ansteuert. Dabei sei angemerkt, dass es prinzipiell auch möglich ist, das Steuergerät 8 als übergeordnetes Steuergerät für mehrere Batteriemodule 2, 3 auszubilden, allerdings hat die Zuordnung zu einem Batteriemodul den Vorteil der höheren Ausfallsicherheit. Weiter sei angemerkt, dass an den Ausgängen A1, A2 des Batteriemoduls 2, 3 auch Schaltelemente oder Umschaltelemente angeordnet sein können, um ein Batteriemodul 2, 3 abzutrennen oder wahlweise mit verschiedenen Komponenten verbinden zu können.Finally, the
Im Betrieb erfasst das Steuergerät 8 die Spannungen über den einzelnen Batteriezellen BZ1-BZX. Stellt nun das Steuergerät 8 fest, dass beispielsweise die Batteriezelle BZ1 eine im Vergleich zu den anderen Batteriezellen BZ2-BZX zu. hohe Spannung aufweist, so muss dieser Energie entnommen werden. Hierzu werden die Schaltelemente S1 und S2 geschlossen. Des Weiteren werden die Umschaltelemente U1, U2 auf die ersten Eingänge U11, U21 geschaltet. Durch entsprechende PWM-Steuerung des Schalters S fließt dann ein Strom aus der ersten Batteriezelle. BZ1 in den DC/DC-Wandler 7. Diese Energie kann nun wahlweise unterschiedlich verwendet werden. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 7 des Batteriemoduls 2 auf die Ladespannung des Doppelschichtkondensators 5 eingestellt werden und dieser geladen werden. Durch diese Maßnahme wird das elektrische Bordnetz 4 gestützt bzw. redundant mit Spannung versorgt. Diese redundante Spannungsversorgung ermöglicht es, geringere Anforderungen an die primäre Energieversorgung des elektrischen Bordnetzes 4 zu stellen, beispielsweise hinsichtlich der Speicherkapazität. Dabei ist es möglich, die Energiezufuhr vom Batteriemodul 2, 3 zum elektrischen Bordnetz 4 situativ zu begrenzen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, nur den Ruhestandbedarf des elektrischen Bordnetzes 4 zu decken. Andererseits kann auch vorgesehen sein, dass immer, wenn es notwendig ist, also auch während des Fahrtbetriebes,das Batteriemodul 2, 3 das Bordnetz 4 stützt, indem Balanceenergie demBordnetz zur Verfügung gestellt wird. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass nicht nur Energie zum Balancieren der Batteriezellen BZ1-BZX dem Bordnetz 4 zur Verfügung gestellt wird, sondern auch darüber hinaus Energie der Batteriezellen BZ1-BZX zur bedarfsweisen Stützung entnommen wird. Aufgrund der Ansteuerbarkeit jeder einzelnen Batteriezelle BZ1-BZX des Batteriemoduls 2, 3 kann selbst bei Ausfall einzelner Batteriezellen BZ1-BZX das Bordnetz 4 elektrisch versorgt werden, so dass das Batteriemodul 2, 3 eine extrem ausfallsichere Energieversorgung für das Bordnetz 4 darstellt.During operation, the
Soll nun hingegen Energie innerhalb des Batteriemoduls 2, 3 übertragen werden, so wird zunächst die Batteriezelle BZ1-BZX, aus der Energie entnommen wird, vorzeichengerecht mit dem DC/DC-Wandler 7 verbunden.If, on the other hand, energy is now to be transmitted within the
Sei nun angenommen, dass Energie von der zweiten Batteriezelle BZ2 in die erste Batteriezelle BZ1 übertragen werden soll, so werden die Schaltelemente S2 und S3 geschlossen. Die Umschältelemente U1, U2 werden auf die zweiten Eingänge U12, U22 geschaltet. Durch Schließung des Schaltelements S des DC/DC-Wandlers 7 fließt dann ein Strom, der eine negative Spannung an der Induktivität L aufbaut. Anschließend wird das Schaltelement S3 geöffnet und S1 geschlossen. Durch Schließen von S fließt dann vorzeichengerecht ein Strom in die erste Batteriezelle BZ1, der die Spannung an der Induktivität L abbaut.Assuming now that energy is to be transferred from the second battery cell BZ2 to the first battery cell BZ1, the switching elements S2 and S3 are closed. The switching elements U1, U2 are connected to the second inputs U12, U22. When the switching element S of the DC/
Das Batteriemodul 2, 3 erlaubt somit mit geringem schaltungstechnischen Aufwand eine serielle Ansteuerung der Batteriezellen BZ1-BZX für ein Balancieren der Batteriezellen BZ1-BZX untereinander als auch eine Energieversorgung von an den Ausgängen A1, A2 des DC/DC-Wandlers 7 angeschlossenen Komponenten, wie beispielsweise dem Bordnetz 4.The
Des Weiteren ist es auch möglich, nicht nur jeweils eine Batteriezelle BZ1-BZX mit den Eingängen der Umschaltelemente zu verbinden, sondern eine Reihenschaltung aus einer ungeraden Anzahl von Batteriezellen BZ1-BZX gleichzeitig an die Umschaltelemente U1, U2 anzulegen. Soll beispielsweise Energie aus den Batteriezellen BZ1-BZ3 entnommen werden, so kann S1 und S4 (nicht dargestellt) geschlossen werden. Dadurch liegt die Reihenschaltung von BZ1, BZ2 und BZ3 an den Umschaltelementen U1, U2. Deren Energie kann dann in der Induktivität L gespeichert werden und in eine oder mehrere (ebenfalls eine Reihenschaltung einer ungeraden Anzahl von Batteriezellen) Batteriezellen BZ1-BZX zurückgespeist werden. Alternativ kann diese Energie auch wie zuvor beschrieben andere Komponenten, wie beispielsweise dem elektrischen Bordnetz, zur Verfügung gestellt werden. Da die Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers 7 nun höher ist, muss die Spannung nun geringer oder gar nicht hochgesetzt werden.Furthermore, it is also possible not only to connect one battery cell BZ1-BZX to the inputs of the switchover elements, but to simultaneously apply a series connection of an odd number of battery cells BZ1-BZX to the switchover elements U1, U2. For example, if energy is to be taken from the battery cells BZ1-BZ3, then S1 and S4 (not shown) can be closed. As a result, the series connection of BZ1, BZ2 and BZ3 is due to the switching elements U1, U2. Their energy can then be stored in the inductance L and fed back into one or more battery cells BZ1-BZX (likewise a series connection of an odd number of battery cells). Alternatively, this energy can also be made available to other components, such as the on-board electrical system, as described above. Since the input voltage of the DC/
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